CN108099186B - 一种光固化3d打印装置及打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光固化3D打印装置及打印方法，包括液槽、液槽升降机构、打印平台及打印平台升降机构，所述打印平台置于所述液槽内，所述液槽上端设有浸膜机构，所述浸膜机构包括绷膜机构及固定在所述绷膜机构上的沉浸膜，所述打印平台位于所述沉浸膜下端。本发明通过设置浸膜机构，可以通过沉浸在树脂内的沉浸膜对打印平台上端的树脂进行压迫流平，大幅缩短了液面流平的等待时间，提高成型效率。

Description

一种光固化3D打印装置及打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种光固化3D打印装置及打印方法。
背景技术
微纳尺度 3D 打印(微纳结构增材制造)是目前全球最前沿的先进制造领域之一。其中的光固化3D打印方式可以分为SLA（立体光刻成型）和DLP（数字光处理成型），
SLA（立体光刻成型）成型原理是液槽中注入液态光敏树脂，通过分层软件对3D模型进行分层切片, 激光束按切片数据，在光敏树脂表面进行逐点扫描，扩散成一个面后，树脂固化形成一个薄层。一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，进行下一层的制作，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此反复成型出完整产品。
DLP（数字光处理成型）成型原理是液槽中盛满液态光敏树脂，通过分层软件对3D模型进行分层切片, 每一层切片图像数据通过DMD（数字微反射镜），实现光能量及图形曝光控制, 每次曝光固化一个薄层，一层固化完毕后，工作台移动一个层厚的距离，进行下一层的制作，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此反复成型出完整产品。
无论是SLA还是DLP，打印过程都需要长时间等待液面流平，打印过程中90%以上的时间用于等待液面流平，打印效率较低；同时对树脂的要求比较高，一般要求树脂具有低的粘度和表面张力，降低树脂粘度在一定程度上牺牲了树脂的力学性能；而且由于液体的表面张力能因素，液面不能完全流平最终导致打印Z轴精度（层厚精度）出现较大偏差，在实现高精度Z轴打印时由于焦距较小容易造成失焦；在打印过程中由于树脂固化过程的收缩以及Z轴下降会导致液面高度出现轻微的变化，从而也会影响打印精度。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种设有浸膜机构的光固化3D打印装置及打印方法。
本发明提供了一种光固化3D打印装置，包括液槽、液槽升降机构、打印平台及打印平台升降机构，所述打印平台置于所述液槽内，所述液槽上端设有浸膜机构，所述浸膜机构包括绷膜机构及固定在所述绷膜机构上的沉浸膜，所述打印平台位于所述沉浸膜下端。
作为本发明的进一步改进，所述绷膜机构包括夹膜机构及压膜件，所述沉浸膜安装在所述夹膜机构上，所述压膜件压于所述沉浸膜上、且固定在所述夹膜机构上。
作为本发明的进一步改进，所述夹膜机构包括膜支撑件及与所述膜支撑件可拆卸连接的夹膜件，所述膜支撑件固定在所述液槽上。
作为本发明的进一步改进，所述压膜件中部设有透光结构。
作为本发明的进一步改进，所述打印平台上设有硅片，所述硅片与所述沉浸膜位置相对应。
作为本发明的进一步改进，该光固化3D打印装置还包括光刻镜头，所述光刻镜头位于所述浸膜机构上方、且与所述压膜件的中部相对应。
作为本发明的进一步改进，该光固化3D打印装置还包括供氧机构，所述压膜件一端设有氧气入口，所述压膜件另一端设有氧气出口。
作为本发明的进一步改进，该光固化3D打印装置还包括支撑平台，所述液槽升降机构及所述打印平台升降机构均固定在所述支撑平台上。
作为本发明的进一步改进，所述透光结构为石英玻璃。
本发明还公开了一种基于上述光固化3D打印装置的打印方法，包括以下步骤：
S1：将所述沉浸膜平铺于所述棚膜机构上进行绷膜；
S2：向液槽内注入树脂材料；
S3：将棚膜机构固定在所述液槽上，使其所述沉浸膜沉浸在树脂材料内；
S4：液槽升降机构带动液槽上下移动，使光聚焦在所述沉浸膜的下表面；
S5：打印平台升降机构带动打印平台上下移动，使光聚焦在所述打印平台上表面；
S6：开始对沉浸膜与打印平台之间的树脂材料进行曝光打印。
本发明的有益效果是：通过设置浸膜机构，可以通过沉浸在树脂内的沉浸膜对打印平台上端的树脂进行压迫流平，大幅缩短了液面流平的等待时间，提高成型效率。
附图说明
图1是本发明一种光固化3D打印机的结构示意图；
图2是本发明一种光固化3D打印机的局部结构剖面图；
图3是本发明打印方法的流程图。
附图标记：1-光刻镜头，2-压膜件，3-夹膜件，4-膜支撑件，5-液槽升降机构，6-支撑平台，7-打印平台升降机构，8-液槽，9-硅片，10-沉浸膜，11-打印平台，12-石英玻璃，13-氧气入口，14-氧气出口。
具体实施方式
如图1至图2所示，本发明公开了一种光固化3D打印机，包括液槽8、液槽升降机构5、打印平台11及打印平台升降机构7，所述打印平台11置于所述液槽8内，所述液槽8上端设有浸膜机构，所述浸膜机构包括绷膜机构及固定在所述绷膜机构上的沉浸膜10，所述打印平台11位于所述沉浸膜10下端，所述液槽8内装有用于打印产品的树脂材料，所述打印平台11上设有硅片9，所述硅片9与所述沉浸膜10位置相对应，所述沉浸膜10通过绷膜机构沉浸在所述树脂材料内，这样可以将打印平台11上硅片9上方的树脂层进行压迫流平，大幅缩短了液面流平的等待时间，提高成型效率。
所述绷膜机构包括夹膜机构及压膜件2，所述沉浸膜10安装在所述夹膜机构上，所述压膜件2压于所述沉浸膜10上、且固定在所述夹膜机构上，通过压膜件2可以将所述沉浸膜10的高度相对低于所述夹膜机构，这样能够更好的控制沉浸膜10的沉浸位置。
所述夹膜机构包括膜支撑件4及与所述膜支撑件4可拆卸连接的夹膜件3，所述膜支撑件4固定在所述液槽8上，所述沉浸膜10平铺于所述膜支撑件4与所述夹膜件3之间，使沉浸膜10张平，膜支撑件4通过螺丝固定在所述液槽8的槽壁上，将压膜件2压于所述沉浸膜10并通过固定螺丝固定在所述夹膜件3上，安装简单，固定效果更好。
所述压膜件2中部设有透光结构，本实施例中该透光部为石英玻璃12，该光固化3D打印装置还包括光刻镜头1，所述光刻镜头1位于所述浸膜机构上方、且与所述压膜件2的中部相对应，这样能够保证广科镜头可以进行有效曝光。
该光固化3D打印装置还包括供氧机构，所述压膜件2一端设有氧气入口13，所述压膜件2另一端设有氧气出口14，可以对沉浸膜10上方持续供氧，供氧能够增大氧阻聚，从而提升了沉浸膜10的使用寿命。
该光固化3D打印装置还包括支撑平台6，所述液槽升降机构5及所述打印平台升降机构7均固定在所述支撑平台6上。
如图3所示，本发明还公开了一种基于上述光固化3D打印装置的打印方法，包括以下步骤：
S1：将所述沉浸膜10平铺于所述棚膜机构上进行绷膜；
S2：向液槽8内注入树脂材料；
S3：将棚膜机构固定在所述液槽8上，使其所述沉浸膜10沉浸在树脂材料内；
S4：液槽升降机构5带动液槽8上下移动，使光聚焦在所述沉浸膜10的下表面；
S5：打印平台升降机构7带动打印平台11上下移动，使光聚焦在所述打印平台11上表面；
S6：开始对沉浸膜10与打印平台11上的硅片9之间的树脂材料进行曝光打印，该层固化完毕后，打印平台11通过打印平台升降机构7下降一个层厚距离，进行下一层的制作，直至成型出完整的产品。
所述沉浸膜包括0.01mm~0.2mm厚硅胶膜及0.01mm~0.2mm厚FEP离型膜，树脂适用于DLP光固化的所有粘度树脂。
本发明大幅缩短光固化3D打印等待树脂的流平时间，从而实现高速光固化3D打印；膜与空气隔离，打印区域与膜的间距保持稳定不变，且对环境的振动敏感性降低，打印精度明显提升；供氧增大了氧阻聚，从而提升了沉浸膜10的使用寿命。
本发明解决了光固化3D打印效率低、打印精度不稳定的问题，为使用光固化3D打印技术进行高效批量化制造产品提出了有效可行的解决方案。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种光固化3D打印装置，其特征在于：包括液槽、液槽升降机构、打印平台及打印平台升降机构，所述打印平台置于所述液槽内，所述液槽上端设有浸膜机构，所述浸膜机构包括绷膜机构及固定在所述绷膜机构上的沉浸膜，所述打印平台位于所述沉浸膜下端，所述绷膜机构包括夹膜机构及压膜件，所述沉浸膜安装在所述夹膜机构上，所述压膜件压于所述沉浸膜上、且固定在所述夹膜机构上，所述夹膜机构包括膜支撑件及与所述膜支撑件可拆卸连接的夹膜件，所述膜支撑件固定在所述液槽上，所述压膜件中部设有透光结构，该光固化3D打印装置还包括供氧机构，所述压膜件一端设有氧气入口，所述压膜件另一端设有氧气出口。
2.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于：所述打印平台上设有硅片，所述硅片与所述沉浸膜位置相对应。
3.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于：该光固化3D打印装置还包括光刻镜头，所述光刻镜头位于所述浸膜机构上方、且与所述压膜件的中部相对应。
4.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于：该光固化3D打印装置还包括支撑平台，所述液槽升降机构及所述打印平台升降机构均固定在所述支撑平台上。
5.根据权利要求1所述的光固化3D打印装置，其特征在于：所述透光结构为石英玻璃。
6.一种基于权利要求1至5中任一项所述的光固化3D打印装置的打印方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：将所述沉浸膜平铺于所述棚膜机构上进行绷膜；
S2：向液槽内注入树脂材料；
S3：将棚膜机构固定在所述液槽上，使其所述沉浸膜沉浸在树脂材料内；
S4：液槽升降机构带动液槽上下移动，使光聚焦在所述沉浸膜的下表面；
S5：打印平台升降机构带动打印平台上下移动，使光聚焦在所述打印平台上表面；
S6：开始对沉浸膜与打印平台之间的树脂材料进行曝光打印。
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